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基于EEMD特征提取和PNN的非平穩(wěn)電磁干擾信號模式識別方法與流程

文檔序號:12177975閱讀:來源:國知局

技術(shù)特征:

1.一種基于EEMD特征提取和PNN的非平穩(wěn)電磁干擾信號模式識別方法,其特征在于,具體步驟如下:

步驟一、利用頻譜儀分別測量實際電磁設(shè)備,獲取不同類設(shè)備的電磁干擾信號,并將頻譜數(shù)據(jù)劃分為訓(xùn)練樣本和測試樣本;

步驟二、針對所有訓(xùn)練樣本,分別進行層次EEMD分解,得到每個訓(xùn)練樣本每層的固有模態(tài)函數(shù)IMF;

具體步驟為:

步驟201、針對頻譜數(shù)據(jù)中的某個訓(xùn)練樣本X,初始化EEMD的數(shù)目,構(gòu)造不同幅值的高斯白噪聲;

訓(xùn)練樣本X長度為n,X=[x1,x2,...,xj,...xn];EEMD的數(shù)目為M;不同幅值的高斯白噪聲為M組,第m組幅值的高斯白噪聲Nm=[n1(m),n2(m),...nj(m),...nn(m)];m=1,2,...M;

步驟202、在訓(xùn)練樣本X上依次添加給定幅值的高斯白噪聲,得到M個干擾信號;

第m個被高斯白噪聲干擾的信號為:Xm=X-Nm;

M個干擾信號集合為:[X1,X2,...Xm,...XM];

步驟203、將每個干擾信號利用EMD方法,分解為I層固有模態(tài)函數(shù)IMF,共得到M×I個固有模態(tài)函數(shù);

M×I個固有模態(tài)函數(shù)集合表示如下:

<mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mn>2</mn> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <mo>...</mo> </mtd> <mtd> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mi>m</mi> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <mo>...</mo> </mtd> <mtd> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mi>M</mi> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mn>2</mn> <mo>,</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mn>2</mn> <mo>,</mo> <mn>2</mn> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <mo>...</mo> </mtd> <mtd> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mn>2</mn> <mo>,</mo> <mi>m</mi> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <mo>...</mo> </mtd> <mtd> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mn>2</mn> <mo>,</mo> <mi>M</mi> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> <mtd> <mo>...</mo> </mtd> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mn>2</mn> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <mo>...</mo> </mtd> <mtd> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>m</mi> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <mo>...</mo> </mtd> <mtd> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>M</mi> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> <mtd> <mo>...</mo> </mtd> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mi>I</mi> <mo>,</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mi>I</mi> <mo>,</mo> <mn>2</mn> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <mo>...</mo> </mtd> <mtd> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mi>I</mi> <mo>,</mo> <mi>m</mi> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <mo>...</mo> </mtd> <mtd> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mi>I</mi> <mo>,</mo> <mi>M</mi> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>

ci,m表示第m個干擾信號Xm分解的第i層固有模態(tài)函數(shù);i=1,2,3,...I;m=1,2,3,...M;

步驟204、針對每層固有模態(tài)函數(shù)IMF,分別計算該層M個固有模態(tài)函數(shù)的平均值作為該層最終的IMF值,得到訓(xùn)練樣本X的每層固有模態(tài)函數(shù)IMF;

訓(xùn)練樣本X的第i層固有模態(tài)函數(shù)IMFi值為該層所有IMF的平均值,公式如下:

<mrow> <msub> <mi>IMF</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mover> <msub> <mi>c</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mi>M</mi> </mfrac> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>m</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>M</mi> </munderover> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>m</mi> </mrow> </msub> </mrow>

步驟205、對所有訓(xùn)練樣本重復(fù)上述步驟,得到每個訓(xùn)練樣本每層的固有模態(tài)函數(shù)IMF。

步驟三、針對每個訓(xùn)練樣本,分別計算所有層IMF的能量分布和峭度,作為該訓(xùn)練樣本的特征向量;

步驟四、將所有訓(xùn)練樣本的特征向量和電磁設(shè)備的類別標(biāo)簽,輸入未訓(xùn)練的PNN進行訓(xùn)練得到PNN分類器;

步驟五、對于每個測試樣本,輸入PNN分類器,識別頻譜數(shù)據(jù)所屬的類型。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于EEMD特征提取和PNN的非平穩(wěn)電磁干擾信號模式識別方法,其特征在于,所述的步驟三具體為:

首先、計算所有層IMF的能量分布和熵;

所有層IMF的能量分布特征為I層能量分布的熵

Pi為第i層IMF的能量:為訓(xùn)練樣本X的第i層IMF的元素集合中的一個元素,第i層IMF的元素集合表示為:P為訓(xùn)練樣本X的總能量:

然后、計算該訓(xùn)練樣本所有層IMF中每層IMF的峭度;

第i層IMF峭度K(IMFi)定義為:

<mrow> <mi>K</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>IMF</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mi>n</mi> </mfrac> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </munderover> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>y</mi> <mi>j</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>)</mo> </mrow> </msubsup> <mo>-</mo> <msup> <mover> <mi>y</mi> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>)</mo> </mrow> </msup> </mrow> <mi>&sigma;</mi> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>4</mn> </msup> </mrow>

為第i層IMF元素集合IMFi中所有點的平均值:n為第i層IMF信號的長度,與訓(xùn)練樣本的長度相同;

σ為相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)差:

訓(xùn)練樣本X最終的特征向量為:

3.如權(quán)利要求1所述的一種基于EEMD特征提取和PNN的非平穩(wěn)電磁干擾信號模式識別方法,其特征在于,所述的步驟五具體為:

步驟501、針對某個測試樣本,進行層次EEMD分解,得到每層的固有模態(tài)函數(shù)IMF;

獲取測試樣本:通過測試電磁設(shè)備獲取電磁干擾信號測試樣本;并重復(fù)進行層次EEMD分解,得到固有模態(tài)函數(shù)IMF;

步驟502、分別計算每層IMF的能量分布和峭度,作為該測試樣本的特征向量;

步驟503、將測試樣本的特征向量輸入PNN分類器進行匹配,得到該電磁干擾信號所屬類型;

PNN識別:將得到的測試樣本的特征向量輸入PNN分類器進行識別,輸出其所屬類別的結(jié)果。

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